DIII-D plasmas at very low density exhibit the onset of n = 1 error field (EF) penetration (the 'low-density locked mode') not at a critical density or EF, but instead at a critical level of runaway electron (RE) intensity. Raising the density during a discharge does not avoid EF penetration, so long as RE growth proceeds to the critical level. Penetration is preceded by non-thermalization of the electron cyclotron emission, anisotropization of the total pressure, synchrotron emission shape changes, as well as decreases in the loop voltage and bulk thermal electron temperature. The same phenomena occur despite various types of optimal EF correction, and in some cases modes are born rotating. Similar phenomena are also found at the low-density limit in JET. These results stand in contrast to the conventional interpretation of the low-density stability limit as being due to residual EFs and demonstrate a new pathway to EF penetration instability due to REs. Existing scaling laws for penetration project to increasing EF sensitivity as bulk temperatures decrease, though other possible mechanisms include classical tearing instability, thermo-resistive instability, and pressure-anisotropy driven instability. Regardless of the first-principles mechanism, known scaling laws for Ohmic energy confinement combined with theoretical RE production rates allow rough extrapolation of the RE criticality condition, and thus the low-density limit, to other tokamaks. The extrapolated low-density limit by this pathway decreases with increasing machine size and is considerably below expected operating conditions for ITER. While likely unimportant for ITER, this effect can explain the low-density limit of existing tokamaks operating with small residual EFs.
DIII-Dプラズマは、非常に低密度において、臨界密度や臨界誤差場ではなく、臨界レベルの逃走電子（RE）強度でn=1誤差場（EF）の浸透（「低密度ロックモード」）の開始を示す。放電中の密度上昇は、RE成長が臨界レベルに達する限り、EF浸透を回避しない。浸透に先立ち、電子サイクロトロン放射の非熱化、全圧力の異方性化、シンクロトロン放射の形状変化、ならびにループ電圧とバルク電子温度の低下が観測される。最適なEF補正の様々な種類にもかかわらず、同一の現象が発生し、場合によってはモードが回転しながら生まれる。同様の現象は、JETにおける低密度限界でも見られる。これらの結果は、低密度安定性限界が残留EFによるものであるという従来の解釈とは対照的であり、REによるEF浸透不安定性への新たな経路を示している。浸透に関する既存のスケーリング則は、バルク温度の低下に伴いEF感度が増大することを予測するが、他の可能なメカニズムとしては、古典的なテアリング不安定性、熱抵抗性不安定性、圧力異方性駆動不安定性が含まれる。第一原理メカニズムに関係なく、オーミックエネルギー閉じ込めに関する既知のスケーリング則と理論的なRE生成率を組み合わせることで、RE臨界条件、ひいては低密度限界を他のトカマクへ大まかに外挿することができる。この経路による外挿された低密度限界は、装置サイズの増大に伴って低下し、ITERの想定運転条件をかなり下回る。ITERにとってはおそらく重要ではないが、この効果は、小さな残留EFで運転される既存トカマクの低密度限界を説明できる可能性がある。